3D打印血管，邁向人造器官
魔猴君 科技前沿 13天前
可供移植的器官短缺仍然是一項重大挑戰：需求遠遠超過供應。截至2024年1月1日，法國全國器官移植等候名單上有近2.2萬人，其中一些人已經等待多年，有時甚至徒勞無功。面對器官短缺以及移植排斥的風險，再生醫學正在探索創新解決方案。科學家們正在努力利用患者自身細胞制造定制器官，以更快速、更有效地滿足需求。
斯坦福大學的研究人員最近取得了一個重要的里程碑：他們開發了一種先進的技術，可以高精度、快速地設計和3D打印血管。這一突破解決了利用患者自身細胞制造個性化器官的重大挑戰之一。
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利用3D打印重建復雜血管
一個器官要發揮功能，血液必須從大動脈流向細小的血管，在那里滋養細胞。細胞必須非常靠近毛細血管才能生存——有時甚至連頭發絲都無法觸及，尤其是在心臟這樣的器官中。在一立方毫米的心臟組織中，可能有超過2500條毛細血管，它們在離開器官之前都相互連接。由于每個器官的形狀各不相同，構建合適的血管網絡既復雜又緩慢。到目前為止，研究人員通常使用簡單的標準血管模型，這些模型對小組織有效，但并不適用于更大、更多樣化的器官。
斯坦福大學的一個研究小組開發了一種3D打印器官復雜血管網絡的方法。他們的系統能夠忠實地再現這些血管的自然結構，并且速度比以往任何時候都快得多。它還可以將這些模型轉換為可直接用于3D打印機的指令。該團隊開發了一種算法，能夠創建與真實器官血管網絡高度相似的血管網絡。該算法集成到他們的開源軟件SimVascular中，利用模擬來確保正常的血流，防止血管交叉，并形成具有單一入口和出口的閉合回路，同時大大加快了創建過程。
“我們能夠在五小時內創建一個完整的人體心臟供血數字模型。每個細胞距離血管僅100至150微米，這是一個非常好的結果，”博士后研究員、該研究的共同資深作者Zachary Sexton解釋道。該模型包含大約一百萬條血管。“這項任務以前從未完成過，以前的方法可能需要幾個月的時間。”盡管3D打印機目前還無法打印出非常精細的網絡，但研究人員成功打印出了一個包含500個分支的模型。他們還通過整合人類腎臟細胞測試了一個更簡單的版本。他們使用生物打印機，將滋養液循環到25條小血管中，從而維持了靠近網絡的許多細胞的存活。
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走向功能性血管
研究人員指出，這些構建的結構還不是真正的血管。它們只是簡單的3D打印通道，沒有構成血管壁的特定細胞。“這是邁向生成真正復雜血管網絡的第一步，”博士后研究員兼共同第一作者Dominic Rütsche解釋道。
“我們可以打印出前所未有的復雜結構，但它們還不是完全的生理血管。我們正在努力實現這一點。”該團隊目前正在努力使這些網絡完全發揮作用。他們還在研究如何促進最精細的血管自然形成，同時提高生物打印機的速度和精度。
編譯整理：3dnatives
